ІСТОРІЯ ЕЛЕКТРОНІКИ

Історія телевізійної камери

Першим перетворювачем оптичного зображення в електричний сигнал (і навпаки) був дуже простий електромеханічний пристрій, запропонований у 1884 р. німецьким інженером Паулем Ніпковим. Розкладання зображення на елементи (пікселі) здійснював диск Ніпкова з отворами, розташованими у радіальному напрямку таким чином, що за один оберт кожен отвір зчитував свій фрагмент зображення, одномоментно пропускаючи на фотоприймач тільки один піксель. Це дозволяло використовувати у пристрої найпростіший фотоприймач – фоторезистор. Цікаво, що відтворити зображення можна було за допомогою такого ж диску, спостерігаючи через нього електричне джерело світла, на яке подавали підсилений електричний сигнал з фоторезистора. У наш час диск Ніпкова знайшов застосування в конфокальній мікроскопії надвисокої роздільної здатності та в швидкісній фотографії.

Електронну систему телебачення (з електронною розгорткою зображень) запатентував у 1907 р.  російський фізик Борис Розінг, що дозволило у 1911 р. передати за допомогою цієї системи телевізійне зображення. Ідея електронного телебачення була підхоплена учнем Розінга – Володимиром Зворикіним, якого під час громадянської війни в Росії доля закинула в США. Лише у 1929 р. Зворикіну вдалося зайнятися реалізацією повністю електронного телебачення. Цьому сприяло знайомство з Давидом Сарновим, який ще до революції в юному віці покинув разом з батьками Росію і якому судилося стати в 1930 р. президентом найбільшої у світі компанії з виробництва електронної техніки – RCA, а до того, у 1926 р. –  одним із засновників NBC, спочатку – радіомовної, а потім і першої телевізійної компанії США. У 1931 р. Зворикін створив приймальну телевізійну трубку – кінескоп, а в 1934 р. – передавальну трубку – іконоскоп. Світлочутлива мішень іконоскопа мала мозаїчну структуру, в якій пікселєм слугувала крапелька срібла на поверхні тонкої діелектричної пластини, сенсибілізована цезієм. Така крапелька разом із суцільним срібним покриттям протилежного боку пластини створювала світлочутливий конденсатор, фотоелектричний заряд з якого зчитувався електронним променем.

У 1953 р. в США розпочалися перші в світі кольорові передачі в системі аналогового кольорового телебачення NTSC (англ. National Television Standards Committee – Національний комітет з телевізійних стандартів США).

У 1961 р. американським вченим Юджіном Лоллі була описана конструкція мозаїчного датчика зображення, призначеного для астронавігації. Елементом датчика слугував напівпровідниковий координатний фотоприймач з поперечним фотоефектом. Лоллі запропонував перетворювати вихідні аналогові сигнали мозаїчних датчиків у цифрові фотознімки космічних об’єктів і здійснювати за допомогою цих знімків керування міжпланетними польотами. Концепція Лоллі була пізніше використана американським та європейським космічними агентствами.

У 1963 р. дослідником американської фірми Fairchild Imaging Френком Венлесом була запропонована КМОН-технологія виготовлення логічних схем, яка завдяки відсутності споживання КМОН-схемою електронергії в статичному режимі стала швидко витісняти біполярну технологію і у 80-х роках минулого століття стала основною технологією виготовлення інтегральних схем.

Ідею цифрового фотоапарату запропонували у 1969 р. Віллард Бойль та Джордж Сміт, дослідники американської компанії Bell Laboratories. Вони використали для реєстрації зображень винайдений ними прилад із зарядовим зв’язком (ПЗЗ), який виглядав як лінійка з елементів пам’яті, в які можна було вносити електричні заряди, а потім зчитувати їх послідовним переміщенням зарядів вздовж лінійки (так званий зсувний регістр). Накопичення фотоелектричних зарядів в лінійці з семи МОН-елементів було продемонстровано дослідниками Bell Labs в 1970 р., що відкрило шлях до створення сканера та цифрового апарата.  За винахід ПЗЗ ці вчені були удостоєні у 2009 р. Нобелівської премії з фізики.

У 1973 р. американська фірма Fairchild почала промисловий випуск чорно-білих ПЗЗ-матриць, які налічували 100×100 елементів. У 1976 р. цією ж фірмою була випущена перша промислова цифрова камера, яка була з’єднана з комп’ютером і використана для контролю виробничого процесу.

Перша кольорова відеокамера на основі ПЗЗ-матриці була випущена у 1980 р. японською фірмою Sony. У 1981 р. ця ж фірма випустила перший кольоровий електронний фотоапарат з роздільною здатністю 0,28 Мпікселів («статичну» відеокамеру, яка знімала у покадровому режимі) і записувала дані в аналоговому форматі NTSC на двохдюймовий магнітний диск. Низька роздільна здатність (525 рядків) дозволяла лише спостерігати зображення на екрані монітора і була недостатньою для друку фотознімків.

У 1982 р.  Sony випустила перші камкордери – відеокамери з записом відеосигналу  на  відеокасету  (магнітну  стрічку).  Велика  заслуга   у   створенні кольорової цифрової камери належить досліднику фірми Sony Кацуо Івама.

Перший      повністю    цифровий     фотоапарат    було   створено    у 1988 р. японською фірмою  Fuji  у 1988 р., але їх масовий випуск було розпочато лише у 1990 р. фірмою Sony.

Відмінність між цифровим фотоапаратом та цифровою відеокамерою мінімальна і лежить переважно в площині електроніки, тому їх часто називають узагальнюючим терміном «цифрова камера».

У 40-х роках минулого століття почалися активні дослідження впливу шумів на телевізійні зображення. Американський фізик Альберт Роуз, один з творців телевізійних систем в RCA,  показав, що для надійного виявлення людиною невеликого об’єкта у зашумленому зображенні яскравість об’єкта має принаймні у 5 разів перевищувати стандартне відхилення потужності шуму (критерій Роуза). У 1946 р. Роуз для того, щоб підкреслити, що частина фотонів, поглинутих датчиком зображення, трансформується в зображення, а частина – в шуми, ввів поняття корисної квантової ефективності, яку пізніше стали називати виявною квантовою ефективністю.

                                                                                         В.Чадюк